[发明专利]一种索穹顶结构施工误差补偿方法

说明书

 

技术领域

本发明涉及一种索穹顶张拉结构施工技术方法，特别涉及一种对索穹顶张拉结构施工过程中误差的补偿、调节方法。

 

背景技术

目前在国外已经有多座建筑采用了索穹顶结构，国内除台湾地区外直到内蒙古伊旗全民健身体育中心索穹顶建成之前，一直没有真正意义的索穹顶问世，主要原因之一是没有掌握索穹顶结构的关键施工技术。尽管国内很早就有学者在关注索穹顶并展开研究，但主要集中在索穹顶结构体系的判定、结构静动力特性分析和模型试验研究等方面，对施工技术的研究，特别是结构施工偏差及构件尺寸精度控制的研究较少。

施工偏差主要指结构外环梁及外环梁上拉索耳板的施工偏差和内拉力环拼装并焊接完成后的尺寸偏差，它将造成结构耳板销孔中心与拉索销轴孔中心三维坐标误差；构件尺寸误差主要包括拉索和撑杆的长度误差。

根据索穹顶张拉成型与承载全过程仿真分析可知，对索穹顶结构的某一特定位形，无论其预应力索型号如何，且无论预应力张拉的次序如何，结构各杆件的内力关系均是唯一确定的。但结构施工偏差及构件尺寸的误差会改变结构的位形从而改变结构的内力。因此索穹顶结构施工首先要将结构施工偏差和构件的加工误差控制在一个可接受的范围内，使之对结构响应的影响最小，还要制定可行的技术措施对施工偏差和构件尺寸误差带来的影响进行补偿。

 

发明内容

 

要解决的技术问题

索穹顶预应力钢结构通过张拉拉索产生预应力，张拉过程会改变拉索长度，预应力的大小与拉索下料预留伸长量直接相关。

对于定长索，如果与四周结构相连的外环梁上拉索耳板安装位置存在偏差，结构安装就位后实际预应力的大小与设计预应力值将存在偏差。其中与四周结构相连的外环梁上拉索耳板径向施工偏差对索穹顶结构初始预应力分布影响最大，而与径向施工偏差等值的环向施工偏差对结构初始预应力影响很小且可以忽略。而相应耳板的竖向施工偏差对安装就位后实际预应力分布仅有一定的影响，相对径向施工偏差来说不显著。

在实际工程中，外环梁上拉索耳板施工偏差是随机存在的，耳板施工偏差同时偏大或者同时偏小时，对结构内力非常不利。因此需要采取适当的措施以有效减小这种偏差对结构的影响。

 

技术方案

具体的措施即在拉索下料时，除了将内脊索、内斜索、中脊索、中斜索及环向索做成定长索，其他位置的拉索均做成长度可调索。利用外脊索和外斜索的长度可调功能来补偿耳板的径向施工误差，原理如附图1及图2所示。

为了使索穹顶结构成型以后的预应力与设计相符，必须使图1及图2所示节点1、节点2和设计位置一致，因为节点3存在施工误差，因此1-3和2-3的距离发生改变，造成外脊索和外斜索无法达到设计要求的伸长量。因此如果3号节点存在施工误差                                                ，只需要将外脊索和外斜索的长度调整，此调节量略小于，即可保证外脊索和外斜索的伸长量和设计一致，这样处理以后的结构内力和设计值也能相符。

在施工过程中，为消除外环梁上拉索耳板施工偏差带来的不利影响，该误差补偿方法包括以下步骤：

首先，周围钢结构以及与其相连的外环梁上拉索耳板安装误差需满足规范及设计要求，将内脊索、内斜索、中脊索、中斜索及环向索为定长索，按设计长度下料；其次，将外斜索、外脊索中增加长度调节装置，使其长度可调；再次，在索穹顶安装前，使用全站仪对与周围钢结构相连的外环梁上拉索耳板的孔中心进行多次精确测量，测量过程中考虑了温度和偶然测量误差影响并取均值，精确测定外环梁上拉索耳板的径向施工偏差，控制测量误差在±3mm以内；最后根据测量结果，确定外脊索和外斜索的调节量，通过调整拉索长度调节装置，确定外脊索和外斜索最终安装长度，从而有效地消除外环梁上拉索耳板施工偏差对结构安装就位后实际预应力大小带来的影响。

 

附图说明

 

图1为索穹顶结构示意图；

图2为图1中外斜索与外脊索处的放大图；

图3外斜索、外脊索与外环梁连接示意图； 

图4为本发明误差补偿方法的流程图。

图1中1为外脊索上端节点，2为外斜索下端点，3为外环梁上拉索耳板节点中心，4为内斜索，5为中斜索，6为外斜索，7为中间拉力环，8为内环索，9为外环索，10为内脊索，11为中脊索，12为外脊索。